DE102021119528A1 - Bearing arrangement of a swash plate in a steering gear component and surgical instrument - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lagerungsanordnung (40) einer Taumelscheibe (14) in einem Lenkgetriebebauteil (33) bereit, wobei die Taumelscheibe (14) um eine Rotationsachse (10) drehbar in einem Radiallager angeordnet ist, das in einer Aufnahmeöffnung (330) des Lenkgetriebebauteils (33) vorliegt. Das Radiallager ist ein Gleitlager (35) und die Lagerungsanordnung (40) weist zumindest eine Axialsicherungsvorrichtung (36) auf, die axial angrenzend an einer ersten Seite der Taumelscheibe (14) angeordnet ist und mit dem Lenkgetriebebauteil (33) in Eingriff steht. Ferner wird ein chirurgisches Instrument (1) offenbart, dass diese Lagerungsanordnung (40) einer Taumelscheibe (14) in einem Lenkgetriebebauteil (33) aufweist.The present invention provides a bearing arrangement (40) for a swash plate (14) in a steering gear component (33), the swash plate (14) being arranged such that it can rotate about an axis of rotation (10) in a radial bearing which is located in a receiving opening (330) of the steering gear component (33) is present. The radial bearing is a sliding bearing (35) and the bearing arrangement (40) has at least one axial securing device (36) which is arranged axially adjacent to a first side of the swash plate (14) and engages with the steering gear component (33). Furthermore, a surgical instrument (1) is disclosed that has this bearing arrangement (40) of a swash plate (14) in a steering gear component (33).
Description
Die Erfindung betrifft eine Lagerungsanordnung einer Taumelscheibe in einem Lenkgetriebebauteil sowie ein chirurgisches Instrument, das eine solche Lagerungsanordnung aufweist.The invention relates to a bearing arrangement for a swash plate in a steering gear component and to a surgical instrument which has such a bearing arrangement.
Aus dem Stand der Technik sind chirurgische Instrumente bekannt, die manuell oder von einem Roboter geführt werden können, und die Werkzeuge aufweisen, deren Werkzeugspitze mittels mehrerer ineinandergreifender Schwenkglieder verschwenkt werden kann. Diese Schwenkglieder sind mit einer Vielzahl Lenkdrähte oder -seile verbunden, um eine feinfühlige Steuerung der Werkzeugspitze zu erreichen. Mit vielen dünnen Lenkdrähten gegenüber wenigen dickeren Lenkdrähten kann eine gleichmäßigere Kraftverteilung in alle Abwinkelungsrichtungen erzielt werden.Surgical instruments are known from the prior art which can be guided manually or by a robot and which have tools whose tool tip can be pivoted by means of a plurality of pivoting members which engage in one another. These pivot links are connected to a variety of steering wires or cables to provide fine control of the tool tip. A more even force distribution in all bending directions can be achieved with many thin steering wires compared to a few thicker steering wires.
Aus
Die Ausbildung des Antriebs für die Lenkdrähte mit der räumlich verstellbaren Taumelscheibe, an der die Lenkdrähte gelagert sind, hat den Vorteil, dass dies eine räumlich kompakte Bauweise ermöglicht und nur ein Bauteil bewegt werden muss, um alle Lenkdrähte ansprechen zu können.The design of the drive for the steering wires with the spatially adjustable swash plate on which the steering wires are mounted has the advantage that this enables a spatially compact design and only one component has to be moved in order to be able to address all steering wires.
Ferner ist bekannt, in einem chirurgischen Instrument mit einem Lenkgetriebebauteil Antriebsstellwinkel auf eine Taumelscheibe zur räumlichen Ausrichtung in zwei Freiheitsgraden /Raumrichtungen zu übertragen, wobei das Lenkgetriebebauteil rotativ von der Taumelscheibe durch ein Kugellager entkoppelt ist. Durch eine kardanische Lagerung der Taumelscheibe auf einer Hauptwelle wird eine Rotationsbewegung des Instrumentenschafts auf die Taumelscheibe übertragen, sodass die räumliche Lage der Taumelscheibe durch eine Überlagerung der Bewegungen des Lenkgetriebebauteils und der Hauptwelle bestimmt wird.It is also known in a surgical instrument to use a steering gear component to transmit drive setting angles to a swash plate for spatial alignment in two degrees of freedom/spatial directions, with the steering gear component being rotationally decoupled from the swash plate by a ball bearing. Cardanic mounting of the swash plate on a main shaft transmits a rotational movement of the instrument shaft to the swash plate, so that the spatial position of the swash plate is determined by superimposing the movements of the steering gear component and the main shaft.
In Abhängigkeit des konstruktiven Aufbaus ist nicht immer die Verwendung eines Kugellagers möglich.Depending on the structural design, it is not always possible to use a ball bearing.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zu einem Kugellager alternative Lagerung einer Taumelscheibe in einem Lenkgetriebebauteil bereitzustellen, die eine Taumelscheibe in einem Lenkgetriebebauteil rotativ entkoppelt lagert, ohne dass die Bewegungsübertragung in zwei Freiheitsgraden/Raumrichtungen auf die Taumelscheibe zur Steuerung eines Instrumentenwerkzeugs über Lenkdrähte beeinträchtigt wird.Based on this state of the art, it is the object of the present invention to provide an alternative to a ball bearing for a swash plate in a steering gear component, which mounts a swash plate in a steering gear component in a rotationally decoupled manner, without the transmission of movement in two degrees of freedom/spatial directions to the swash plate for control of an instrument tool is affected via steering wires.
Diese Aufgabe wird durch eine Lagerungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a bearing arrangement having the features of claim 1.
Die weitere Aufgabe, ein chirurgisches Instrument bereitzustellen, das eine zu einem Kugellager alternative Lagerungsanordnung der räumlich verstellbaren Taumelscheibe aufweist, wird durch das chirurgische Instrument mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst.The further object of providing a surgical instrument that has a bearing arrangement for the spatially adjustable swash plate that is an alternative to a ball bearing is achieved by the surgical instrument having the features of
Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Lagerungsanordnung und des chirurgischen Instruments sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments and preferred embodiments of the storage arrangement and the surgical instrument are set out in the dependent claims.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung einer Taumelscheibe in einem Lenkgetriebebauteil ist die Taumelscheibe um eine Rotationsachse drehbar in einem Radiallager angeordnet. Dieses liegt in einer Aufnahmeöffnung des Lenkgetriebebauteils vor. Dabei ist erfindungsgemäß das Radiallager ein Gleitlager und die Lagerungsanordnung weist zumindest eine Axialsicherungsvorrichtung auf, die axial angrenzend an einer ersten Seite der Taumelscheibe angeordnet ist und mit dem Lenkgetriebebauteil in Eingriff steht.According to a first embodiment of the bearing arrangement according to the invention for a swash plate in a steering gear component, the swash plate is arranged in a radial bearing such that it can rotate about an axis of rotation. This is present in a receiving opening of the steering gear component. According to the invention, the radial bearing is a sliding bearing and the bearing arrangement has at least one axial securing device which is arranged axially adjacent to a first side of the swash plate and engages with the steering gear component.
Anders als ein herkömmlich verwendetes Kugellager, das als einzigen Freiheitsgrad die Rotation erlaubt, ist bei einem Gleitlager nicht nur eine Rotation, sondern insbesondere bei entsprechendem Krafteinfluss auf das Gleitlager auch eine Translationsbewegung in Richtung der Drehachse möglich, die allerdings durch die Anordnung der Axialsicherungsvorrichtung vermieden wird. Hierdurch wird erfindungsgemäß unterbunden, dass die Taumelscheibe in dem Lenkgetriebebauteil kippen und sich verkeilen kann, sodass die Rotation der Taumelscheibe in dem Lenkgetriebebauteil und damit die Funktion der Lagerungsanordnung sichergestellt ist.In contrast to a conventionally used ball bearing, which allows rotation as the only degree of freedom, with a plain bearing not only rotation is possible, but also a translational movement in the direction of the axis of rotation, especially with a corresponding force influence on the plain bearing, which, however, is avoided by the arrangement of the axial securing device . According to the invention, this prevents the swash plate from tilting and jamming in the steering gear component, so that the rotation of the swash plate in the steering gear component and thus the function of the bearing arrangement is ensured.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass zur beidseitigen axialen Sicherung zwei Axialsicherungsvorrichtungen eingesetzt werden, die die im Lenkgetriebebauteil gleitgelagerte Taumelscheibe von beiden Seiten gegen ein Verrutschen oder Verkippen sichern.In principle, it is conceivable that two axial securing devices can be used for axial securing on both sides directions are used that secure the swash plate, which is slide-mounted in the steering gear component, from slipping or tilting on both sides.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung weist die Taumelscheibe eine radiale, d. h. in radiale Richtung weisende, Außenumfangsfläche auf, an die einseitig ein umfänglich überstehender Ringsteg axial angrenzt, der eine von der ersten Seite der Taumelscheibe abgewandte, an die Außenumfangsfläche angrenzende axiale, d. h. in axiale Richtung weisende, Kontaktfläche bereitstellt. Die Aufnahmeöffnung weist in einem ersten hohlzylindrischen Abschnitt eine erste Innenumfangsfläche mit einem ersten Durchmesser und in einem zweiten hohlzylindrische Abschnitt eine zweite Innenumfangsfläche mit einem zweiten Durchmesser auf, der kleiner als der erste Durchmesser ist, sodass zwischen der ersten Innenumfangsfläche und der zweite Innenumfangsfläche ein Ringabsatz vorliegt, der eine axiale Anschlagsfläche für die axiale Kontaktfläche des Ringstegs bereitstellt, der in dem ersten hohlzylindrischen Abschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Taumelscheibe mit dem Ringsteg auf der von der Axialsicherungsvorrichtung abgewandten Seite an dem Ringabsatz in der Aufnahmeöffnung festgelegt werden. Dabei ist der Ringsteg zwischen der Axialsicherungsvorrichtung und der axialen Anschlagsfläche angeordnet, was mit einem verringerten Montageaufwand verbunden ist.In a preferred embodiment of the bearing arrangement according to the invention, the swash plate has a radial, i. H. pointing in the radial direction, outer peripheral surface, which is axially adjoined on one side by a circumferentially protruding annular web which has an axial, d. H. pointing in the axial direction, provides contact surface. The receiving opening has a first inner circumferential surface with a first diameter in a first hollow-cylindrical section and a second inner circumferential surface with a second diameter in a second hollow-cylindrical section, which is smaller than the first diameter, so that there is an annular shoulder between the first inner circumferential surface and the second inner circumferential surface , which provides an axial abutment surface for the axial contact surface of the ring land, which is arranged in the first hollow cylindrical section. In this way, the swash plate can be fixed with the ring web on the side facing away from the axial securing device on the ring shoulder in the receiving opening. In this case, the ring web is arranged between the axial securing device and the axial stop surface, which is associated with reduced assembly work.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung ist vorgesehen, dass das Gleitlager, das durch eine reibungsarme Materialpaarung bereitgestellt wird, an zumindest einer Reibungsflächenpaarung vorliegt, wobei ein erstes Reibflächenpaar aus der axialen Kontaktfläche am Ringsteg der Taumelscheibe und der axialen Anschlagsfläche in der Aufnahmeöffnung des Lenkgetriebebauteils und ein zweites Reibflächenpaar aus der Außenumfangsfläche der Taumelscheibe und der zweiten Innenumfangsfläche der Aufnahmeöffnung des Lenkgetriebebauteils bestehen. Liegt das Gleitlager an der ersten Reibflächenpaarung aus axialer Ringstegkontaktfläche und axialer Aufnahmeanschlagsfläche vor, ist die Anordnung einer Gleitscheibe ausreichend. Liegt das Gleitlager an der zweiten Reibflächenpaarung aus Außenumfangsfläche der Taumelscheibe und der zweiten Innenumfangsfläche der Aufnahmeöffnung vor, wird eine Gleitlagerungsbuchse eingesetzt. Für beide Reibflächenpaarungen kann als Gleitlager eine Gleitlagerungsbuchse mit einem entsprechenden einseitigen Kragen eingesetzt werden.In a further embodiment of the bearing arrangement according to the invention, it is provided that the plain bearing, which is provided by a low-friction pair of materials, is present on at least one pair of friction surfaces, with a first pair of friction surfaces consisting of the axial contact surface on the annular web of the swash plate and the axial stop surface in the receiving opening of the steering gear component and a second pair of friction surfaces consist of the outer peripheral surface of the swash plate and the second inner peripheral surface of the receiving hole of the steering gear member. If the plain bearing is on the first pair of friction surfaces consisting of an axial ring web contact surface and an axial receiving stop surface, the arrangement of a sliding disk is sufficient. If the plain bearing is present on the second pair of friction surfaces consisting of the outer peripheral surface of the swash plate and the second inner peripheral surface of the receiving opening, a plain bearing bush is used. A plain bearing bush with a corresponding one-sided collar can be used as a plain bearing for both pairs of friction surfaces.
Optional kann sich das Gleitlager ferner bis zu einer Reibungsflächenpaarung erstrecken, die aus einer Außenumfangsfläche des Ringstegs und der ersten Innenumfangsfläche in der Aufnahmeöffnung des Lenkgetriebebauteils besteht.Optionally, the slide bearing can also extend to a pair of friction surfaces, which consists of an outer peripheral surface of the annular ridge and the first inner peripheral surface in the receiving opening of the steering gear component.
Zur Bildung des Gleitlagers aus der reibungsarmen Materialpaarung können die jeweiligen Kontaktflächen der Reibpartner aus der Reibungsflächenpaarung jeweils eine Beschichtung aus einem Material der Materialpaarung aufweisen oder aus einem Material der Materialpaarung bestehen. Es kann auch ein Reibpartner aus einem Material aus der reibungsarmen Materialpaarung bestehen und der andere Partner eine Beschichtung an der Kontaktfläche aus dem anderen Material aus der reibungsarmen Materialpaarung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Gleitlager eine Schmierung aufweisen. Vorzugsweise kann das Gleitlager eine Gleitlagerbuchse aufweisen, die in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist und eines der Materialien aus der reibungsarmen Materialpaarung aufweist.To form the slide bearing from the low-friction material pairing, the respective contact surfaces of the friction partners from the friction surface pairing can each have a coating of a material from the material pairing or can consist of a material from the material pairing. One friction partner can also consist of a material from the low-friction material pairing and the other partner can have a coating on the contact surface made of the other material from the low-friction material pairing. Additionally or alternatively, the sliding bearing can have a lubrication. The plain bearing can preferably have a plain bearing bushing which is arranged in the receiving opening and has one of the materials from the low-friction material pairing.
Ferner kann die erfindungsgemäße Lagerungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform eine Gleitlagerung zwischen der Axialsicherungsvorrichtung und der ersten Seite der Taumelscheibe vorsehen, indem die einander zugewandten axialen Kontaktflächen der Axialsicherungsvorrichtung und der Taumelscheibe eine ebenfalls eine reibungsarme Materialpaarung aufweisen.In a further embodiment, the bearing arrangement according to the invention can also provide a plain bearing between the axial securing device and the first side of the swash plate, in that the axial contact surfaces of the axial securing device and the swash plate facing one another also have a low-friction material pairing.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung wird die Axialsicherungsvorrichtung durch einen Gewindering mit einem Außengewinde bereitgestellt, wobei das Lenkgetriebebauteil zum Eingriff mit dem Gewindering ein korrespondierendes Innengewinde aufweist. Der Schraubeingriff ermöglicht vorteilhaft, dass ein für die Taumelscheibe vorbestimmtes zulässiges axiales Spiel durch eine Einschraubtiefe der als Gewindering ausgeführten Axialsicherungsvorrichtung in dem Lenkgetriebebauteil einstellbar ist.In a further preferred embodiment of the bearing arrangement according to the invention, the axial securing device is provided by a threaded ring with an external thread, with the steering gear component having a corresponding internal thread for engagement with the threaded ring. The screw engagement advantageously makes it possible for a permissible axial play predetermined for the swash plate to be adjustable by screwing in the axial securing device, which is designed as a threaded ring, in the steering gear component.
Die Taumelscheibe der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung ist in einer weiteren Ausführungsform auf einer Welle angeordnet, die die Rotationsachse definiert. Dazu weist die Welle einen Kugelabschnitt auf, an dem der Wellendurchmesser zur Bildung der Kugelkontur aufgeweitet ist, und die Taumelscheibe weist eine an den Kugelabschnitt zumindest teilweise angepasst konturierte Aufnahmeausnehmung an ihrer Innenseite auf, sodass die Taumelscheibe ohne Axialversatz um zwei Achsen senkrecht zur Rotationsachse beweglich auf der Welle gelagert ist. Um eine Rotation bzw. einen Drehwinkel der Welle auf die Taumelscheibe zu übertragen, liegen an dem Kugelabschnitt der Welle in ihrer Außenfläche zwei Führungsnuten vor, die sich diametral und in Längsrichtung der Welle erstrecken und in die zwei Stifte eingreifen, die diametral und radial nach innen weisend an der Taumelscheibe bzw. einer Innenseite der Taumelscheibe angeordnet sind.In a further embodiment, the swash plate of the bearing arrangement according to the invention is arranged on a shaft which defines the axis of rotation. For this purpose, the shaft has a spherical section on which the shaft diameter is widened to form the spherical contour, and the swash plate has a receiving recess on its inside that is at least partially adapted to the spherical section, so that the swash plate can be moved about two axes perpendicular to the axis of rotation without axial offset the shaft is mounted. In order to transmit a rotation or an angle of rotation of the shaft to the swash plate, there are two guide grooves on the spherical section of the shaft in its outer surface, which extend diametrically and in the longitudinal direction of the shaft and into which two pins engage, which extend diametrically and radially inwards pointing at the swashplate and an inner side of the swash plate are arranged.
Vorteilhaft ergibt sich so eine drehsteife Verbindung zwischen Welle und Taumelscheibe, die auch bei einem großen Winkelversatz (± 40° und mehr) eine Drehwinkelübertragung erlaubt, dabei aber trotzdem noch sehr kompakt aufgebaut, sowie einfach herzustellen und zu montieren ist.This advantageously results in a torsionally rigid connection between the shaft and the swash plate, which allows a rotational angle transmission even with a large angular offset (± 40° and more), but is still very compact and easy to manufacture and assemble.
Nach noch einer weiteren Ausführungsform der Lagerungsanordnung kann die Aufnahmeausnehmung in der Taumelscheibe korrespondierend zu dem Kugelabschnitt kugelförmig ausgebildet sein, wodurch die Aufnahmeausnehmung in der Art einer Gelenkpfanne beidseitig wirkt und die Kupplung damit axial vollständig festgelegt ist. Eine zweiteilige Ausführung der Taumelscheibe ermöglicht hierbei die Montage, indem die Taumelscheibenteile auf den Kugelabschnitt zur Fertigstellung der Taumelscheibe montiert werden.According to yet another embodiment of the bearing arrangement, the receiving recess in the swash plate can be spherical in shape corresponding to the ball section, whereby the receiving recess acts like a joint socket on both sides and the clutch is thus completely fixed axially. A two-part design of the swash plate enables assembly in that the swash plate parts are mounted on the ball section to complete the swash plate.
Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform weist die Aufnahmeausnehmung in der Taumelscheibe einen kugelförmigen Abschnitt und einen zylindrischen oder sich aufweitenden Abschnitt auf, sodass die Taumelscheibe nur einseitig durch den kugelförmigen Abschnitt festgelegt ist und eine Montage auf dem Kugelabschnitt ermöglicht wird, indem der zylindrische oder sich aufweitende Abschnitt beim Aufschieben auf die Welle in Richtung des Kugelabschnitts weist.According to an alternative embodiment, the receiving recess in the swash plate has a spherical section and a cylindrical or widening section, so that the swash plate is only fixed on one side by the spherical section and mounting on the spherical section is made possible by the cylindrical or widening section when pushed onto the shaft in the direction of the ball section.
Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument, das eine Lagerungsanordnung einer Taumelscheibe in einem Lenkgetriebebauteil aufweist, sieht in einer ersten Ausführungsform vor, dass die Lagerungsanordnung eine erfindungsgemäße Lagerungsanordnung ist, da die erfindungsgemäße Lagerungsanordnung sich besonders für den Verbau in einem chirurgischen Instrument eignet, das eine Hauptwelle und einen koaxial zu einer Längsachse der Hauptwelle verlaufenden hohlen Schaft aufweist. An dem proximalen Schaftende (hier dem Betätiger näher liegenden Ende) ist eine Betätigungseinheit und an dem distalen Ende des Schafts ist eine Werkzeugspitze mit einem Werkzeug angeordnet, das über ein axial verschiebbar im Schaft gelagertes Betätigungselement betätigbar ist, das sich ferner durch eine längsaxiale Durchgangsbohrung der Hauptwelle erstreckt und proximalseitig mit der Betätigungseinheit in Wirkverbindung steht. Die erfindungsgemäße Lagerungsanordnung ist dabei zur räumlichen Ausrichtung der Taumelscheibe in Bezug auf die Hauptwelle im Zusammenwirken mit einem proximalseitigen Antrieb ausgebildet, sodass eine Bewegung des proximalseitigen Antriebs das Verschwenken der Werkzeugspitze verursacht.The surgical instrument according to the invention, which has a bearing arrangement of a swash plate in a steering gear component, provides in a first embodiment that the bearing arrangement is a bearing arrangement according to the invention, since the bearing arrangement according to the invention is particularly suitable for installation in a surgical instrument that has a main shaft and a having a hollow shank coaxial with a longitudinal axis of the main shaft. At the proximal end of the shaft (here the end closer to the actuator) is an actuating unit and at the distal end of the shaft there is a tool tip with a tool that can be actuated via an actuating element that is mounted in the shaft in an axially displaceable manner and that also extends through a longitudinally axial through-bore of the Main shaft extends and is in operative connection with the actuating unit on the proximal side. The bearing arrangement according to the invention is designed for the spatial alignment of the swash plate in relation to the main shaft in cooperation with a drive on the proximal side, so that a movement of the drive on the proximal side causes the tool tip to pivot.
Die Lagerungsanordnung weist mit dem Lenkgetriebebauteil eine Schnittstelle mit dem proximalseitigen Antrieb auf, um deren Stellwinkel auf die Taumelscheibe zur Steuerung der distalen Werkzeugspitze zu übertragen. Durch die räumliche Ausrichtung der Taumelscheibe in Bezug auf die Hauptwelle durch Bewegung des proximalseitigen Antriebs wird ein Verschwenken der Werkzeugspitze bewirkt, die über einen Gelenkmechanismus relativ zur Längsachse des Schaftes verschwenkbar ist. Der Gelenkmechanismus kann in einer Ausführungsform aus am distalen Ende des Schaftes angeordneten Schwenkgliedern bestehen, die über in Längsrichtung des Schaftes verlaufende Lenkdrähte mit dem proximalseitigen Antrieb verbunden sind, indem die Lenkdrähte an der Taumelscheibe gelagert sind, sodass eine Bewegung des proximalseitigen Antriebs eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder und somit das Verschwenken der Werkzeugspitze verursacht.With the steering gear component, the bearing arrangement has an interface with the drive on the proximal side in order to transmit its adjustment angle to the swash plate for controlling the distal tool tip. The spatial orientation of the swash plate in relation to the main shaft by moving the drive on the proximal end causes the tool tip to pivot, which can be pivoted relative to the longitudinal axis of the shaft via a joint mechanism. In one embodiment, the joint mechanism can consist of pivoting members arranged at the distal end of the shaft, which are connected to the proximal-side drive via steering wires running in the longitudinal direction of the shaft, in that the steering wires are mounted on the swash plate, so that a movement of the proximal-side drive results in a corresponding relative movement of the distal-side pivoting members and thus the pivoting of the tool tip.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerungsanordnung des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments kann der proximalseitige Antrieb als motorisierter Antrieb mit zumindest zwei Antriebsrädern ausgebildet sein, z. B. angetriebenen Zahnrädern, zwischen denen die Taumelscheibe angeordnet ist.In a preferred embodiment of the storage arrangement of the surgical instrument according to the invention, the drive on the proximal side can be designed as a motorized drive with at least two drive wheels, e.g. B. driven gears, between which the swash plate is arranged.
In dieser Ausführungsform ist die Taumelscheibe durch die Lagerungsanordnung mit einem dritten Zahnrad gekoppelt, das mit den beiden Antriebsrädern in Eingriff steht, wobei das Lenkgetriebebauteil ein Lenkring ist, der drehfest mit dem dritten Zahnrad gekoppelt ist, wobei bevorzugt auf der Drehachse des dritten Zahnrads um 180 ° versetzt zum dritten Zahnrad ein viertes Zahnrad angeordnet ist, das mit den beiden angetriebenen Zahnrädern in Eingriff steht, sodass die gebildete Verzahnungskette zu einem Verzahnungsring geschlossen wird, der eine gleichmäßig umlaufende Kraftverteilung gewährleistet.In this embodiment, the swash plate is coupled through the bearing arrangement to a third gear which meshes with the two drive wheels, the steering gear component being a steering ring which is non-rotatably coupled to the third gear, preferably being on the axis of rotation of the third gear by 180 ° offset to the third gear wheel, a fourth gear wheel is arranged, which meshes with the two driven gear wheels, so that the toothed chain formed is closed to form a toothed ring, which ensures an evenly circulating force distribution.
Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Other embodiments, as well as some of the advantages associated with these and other embodiments, will become apparent and better understood from the following detailed description with reference to the accompanying figures. Items or parts thereof that are substantially the same or similar may be given the same reference numbers. The figures are only a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische perspektivische Seitenansicht eines chirurgischen Instruments, -
2 eine perspektivische Detailansicht einer Taumelscheiben-Lagerungsanordnung aus dem Stand der Technik mit einem Kugellager zur Lagerung der Taumelscheibe in einem Lenkring des Antriebs für das chirurgische Instrument, -
3 eine Seitenschnittansicht durch eine Lagerungsanordnung nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, -
4 eine perspektivische Ansicht auf die Lagerungsanordnung aus3 , -
5 Detailschnittansicht D der Lagerungsanordnung aus3 mit angedeuteter Gleitlagerbuchse, -
6 eine Explosionsansicht der Detailschnittansicht D aus5 ohne Gleitlagerbuchse, -
7 eine perspektivische Teilschnittansicht der auf einem Kugelabschnitt einer Hauptwelle angeordneten Taumelscheibe, die zur erfindungsgemäßen Gleitlagerung in einem Lenkring eines Antriebs für ein chirurgisches Instrument ausgebildet ist, -
8 eine Teilschnittdraufsicht der auf dem Kugelabschnitt der Hauptwelle angeordneten Taumelscheibe aus7 , und -
9 eine perspektivische Ansicht einer Taumelscheibe zur Gleitlagerung in einem Lenkring eines Antriebs für ein chirurgisches Instrument und zur Anordnung auf einem Kugelabschnitt der Hauptwelle.
-
1 a schematic perspective side view of a surgical instrument, -
2 a detailed perspective view of a swash plate bearing arrangement the prior art with a ball bearing for mounting the swash plate in a steering ring of the drive for the surgical instrument, -
3 a side sectional view through a storage arrangement according to an embodiment of the invention, -
4 a perspective view of the storage arrangement3 , -
5 Detailed sectional view D of the storage arrangement3 with indicated plain bearing bush, -
6 an exploded view of detailsection view D 5 without plain bearing bush, -
7 a perspective partial sectional view of the swash plate arranged on a spherical section of a main shaft, which is designed for sliding bearing according to the invention in a steering ring of a drive for a surgical instrument, -
8th Figure 12 shows a partially sectional plan view of the swash plate arranged on the ball portion of themain shaft 7 , and -
9 a perspective view of a swash plate for plain bearing in a steering ring of a drive for a surgical instrument and for arrangement on a ball section of the main shaft.
Das axialverschiebbar im Schaft 2 gelagerte Betätigungselement 8 zum Betätigen des beispielsweise aus zwei Maulteilen bestehenden Werkzeugs 7 ist bei den dargestellten Ausführungsformen als Zug-/Schubstange ausgebildet. Der Antrieb 13 für die Lenkdrähte 12 kann bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Instrument 1 vorzugsweise als motorisierter Antrieb 13 ausgebildet sein, der eine räumlich verstellbare Taumelscheibe 14 aufweist, an der die Lenkdrähte 12 so gelagert sind, dass eine vorzugsweise über den motorisierten Antrieb 13 bewirkte Verlagerung der Taumelscheibe 14 über die Lenkdrähte 12 ein Verschwenken der Werkzeugspitze 6 bewirkt, wie aus dem Stand der Technik z. B.
Durch die Verwendung eines motorisierten Antriebs 13 für die räumlich verstellbare Scheibe 14 ist es möglich, die Lenkdrähte 12 zum Verschwenken der distalseitigen Schwenkglieder 11 bzw. der Instrumentenspitze 6 exakt, feinfühlig in kleinsten Schritten und auch reproduzierbar anzusteuern. Darüber hinaus ist die Anzahl der zu verwendenden Lenkdrähte 12 für einen motorisierten Antrieb 13 unerheblich. Der motorisierte Antrieb 13 kann, wie aus dem Stand der Technik gemäß
Bei dem chirurgischen Instrument 1 gemäß
Die am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 aus dem Schaft 2 austretenden Lenkdrähte 12 werden am distalen Ende der Hauptwelle 21 geführt und können über eine drehfest auf der Hauptwelle 21 angeordnete Fächerscheibe (nicht dargestellt) aufgefächert werden, wodurch der radiale Abstand der Lenkdrähte 12 von der Längsachse 10 des Schaftes 2 vergrößert wird. Die proximalseitig hinter einer solchen Fächerscheibe parallel zur Längsachse 10 des Schaftes 2 verlaufenden Lenkdrähte 12 erstrecken sich zur Taumelscheibe 14, an der die Lenkdrähte 12 festgelegt sind. Dazu weist die Taumelscheibe 14 eine axialparallele Durchgangsbohrung 41 für jeden Lenkdraht 12 auf, wobei die Lenkdrähte 12 innerhalb der Durchgangsbohrungen 41 über Madenschrauben 41.2 wie in
Die angetriebenen Zahnräder 18 und 19 sind mit einem dritten Zahnrad 30 gekoppelt, das mit den beiden angetriebenen Zahnrädern 18 und 19 in Eingriff steht und dessen Drehachse B die Mittelachse A der angetriebenen Zahnräder 18 und 19 sowie die Längsachse 10 des Schaftes 2 schneidet. Auch das dritte Zahnrad 30 ist vorzugsweise als Kegelrad ausgebildet. Durch die drei miteinander kämmenden Zahnräder 18, 19 und 30 wird jede Bewegung der beiden angetriebenen Zahnräder 18 und 19 direkt auf die mit dem dritten Zahnrad 30 gekoppelte Taumelscheibe 14 übertragen, was eine direkte Betätigung der Lenkdrähte 12 bewirkt. Um die durch die Zahnräder 18, 19 und 30 gebildete Verzahnungskette zu einem geschlossenen Verzahnungsring zu schließen, der eine gleichmäßig umlaufende Kraftverteilung gewährleistet, ist auf der Drehachse B des dritten Zahnrads 30 um 180° versetzt zum dritten Zahnrad 30 ein viertes Zahnrad 31 angeordnet, das mit den beiden angetriebenen Zahnrädern 18 und 19 in Eingriff steht, wobei auch das vierte Zahnrad 31 vorzugsweise als Kegelrad ausgebildet ist.The driven gears 18 and 19 are coupled to a
Die Taumelscheibe 14 ist in der bekannten Lagerungsanordnung gemäß
Die vorstehend in Bezug auf
Die erfindungsgemäße Lagerungsanordnung 40 weist anstelle eines Kugellagers 32 ein Gleitlager 35 auf, das anders als ein Kugellager grundsätzlich nicht nur eine Rotation, sondern insbesondere bei Krafteinfluss auf das Gleitlager 35, z. B. durch die distale Mechanik, auch eine Translationsbewegung in Richtung der Rotationsachse 10 und damit ein Verkippen bzw. Verkeilen der Taumelscheibe 14 in Bezug auf den Lenkring 33 zulassen würde, was die Rotation der Taumelscheibe 14 in dem Lenkring 33 verhindern und damit Funktion beeinträchtigen könnte. Um dieses Verkippen/Verkeilen und Festsetzen der Taumelscheibe 14 bei Verwendung eines Gleitlagers 35 zu vermeiden, ist in der erfindungsgemäßen Lagerungsanordnung 40 eine Axialsicherungsvorrichtung 36 vorgesehen, die als Gegenlager für das Gleitlager 35 axial angrenzend an der Taumelscheibe 14 in der Aufnahmeausnehmung 330 des Lenkrings 33 angeordnet ist und mit dem Lenkring 33 in Eingriff steht.Instead of a
Die axiale Sicherung der Taumelscheibe 14 in dem Lenkring 33 erfordert eine beidseitige Begrenzung, sodass es grundsätzlich denkbar ist, die im Lenkring 33 gleitgelagerte Taumelscheibe 14 zwischen zwei Axialsicherungsvorrichtungen 36 axial zu sichern (nicht in den Figuren dargestellt). Um den Montageaufwand gering zu halten, kann die in
Die Taumelscheibe 14, die ferner in
Die Aufnahmeöffnung 330 im Lenkring 33 ist zur Aufnahme der Taumelscheibe 14 mit mehreren hohlzylindrischen Abschnitten ausgebildet, was besonders gut in
Bei der Ausführung des Gleitlagers 35 sind keine Beschränkungen vorgesehen. Das Gleitlager 35, das durch die in Kontakt stehenden Flächen der Reibungspartner Taumelscheibe 14 und Lenkring 33 definiert wird, kann durch Wahl einer entsprechend reibungsarmen Materialpaarung an den kontaktierenden Flächen der Taumelscheibe 14 und des Lenkrings 33 bereitgestellt werden. Geeignete Materialpaarungen können beispielsweise Edelstahl Nitronic® 1.3965 - 1.4021 (Edelstahl, gehärtet); Polytetrafluorethylen - 1.4021 (Edelstahl, gehärtet) oder Messing (CuZn39Pb3) - Messing (CuZn39Pb3) sein, ohne dass der Schutzumfang darauf beschränkt sein soll. D. h., die Kontaktflächen können jeweils eine Beschichtung aus einem Material der Materialpaarung aufweisen bzw. die Reibungspartner selbst können jeweils aus einem Material der Materialpaarung bestehen. Zusätzlich oder alternativ kann das Gleitlager 35 eine Schmierung aufweisen.There are no restrictions on the design of the
Die in Kontakt stehenden Flächen der Reibungspartner, an denen das Gleitlager 35 durch eine reibungsarme Materialpaarung vorgesehen ist, weisen eine erste Reibflächenpaarung aus der axialen Kontaktfläche 45.2 am Ringsteg 45 der Taumelscheibe 14 und der axialen Anschlagsfläche 33.3 in der Aufnahmeöffnung 330 des Lenkrings 33 auf. Eine zweite Reibflächenpaarung, an der das Gleitlager 35 vorliegt, besteht aus der Außenumfangsfläche 45.1 der Taumelscheibe 14 und der zweiten Innenumfangsfläche 33.2 in der Aufnahmeöffnung 330 des Lenkrings 33. Vorzugsweise kann das Gleitlager 35 durch eine Gleitlagerbuchse, die in
Optional (nicht dargestellt) kann sich das Gleitlager (Beschichtung, Buchse) 35 bis zu einer (dritten) Reibungsflächenpaarung erstrecken, die aus einer Außenumfangsfläche 45.3 des Ringstegs 45 der Taumelscheibe 14 und der ersten Innenumfangsfläche 33.1 in der Aufnahmeöffnung 330 des Lenkrings 33 besteht. Ebenfalls nicht dargestellt ist die weitere mögliche Gleitlagerung zwischen der Axialsicherungsvorrichtung 36 und der ersten Seite der Taumelscheibe 14 an den kontaktierenden Flächenabschnitten.Optionally (not shown), the slide bearing (coating, bushing) 35 can extend to a (third) pair of friction surfaces, which consists of an outer peripheral surface 45.3 of the
In dem in den Figuren gezeigten Beispiel ist die Axialsicherungsvorrichtung 36 als Gewindering 36 mit einem Außengewinde 36.1 ausgeführt, wobei das Lenkgetriebebauteil 33 in der Aufnahmeöffnung 330 ein korrespondierendes Innengewinde 33.4 aufweist. Mit der als Gewindering 36 ausgeführten Axialsicherungsvorrichtung kann das für die Taumelscheibe 14 vorbestimmte zulässige Spiel durch die Einschraubtiefe des Gewindering 36 in dem Lenkgetriebebauteil 33 eingestellt werden. Die Einstellbarkeit der Lagerungsanordnung 40 ermöglicht dabei vorteilhaft den Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen, um die Funktion des Gleitlagers 35 optimal zu gewährleisten. Ferner können zudem die Gleitlagerungsflächen auf ein Minimum reduziert werden, um dem Verkippen der Taumelscheibe 14 im Lenkring 33 weiter entgegen zu wirken.In the example shown in the figures, the
Die Hauptwelle 21 weist zur kugelgelenkigen Lagerung der Taumelscheibe 14 einen Kugelabschnitt 24 auf, an zwei sich in Längsrichtung der Welle 21 erstreckende und beidseitig bzw. diametral in den Kugelabschnitt 24 eingebrachte Führungsnuten 22 vorliegen. Die Taumelscheibe 14 weist eine an den Kugelabschnitt 24 zumindest teilweise angepasst konturierte Aufnahmeausnehmung 44 auf, von der sich zwei diametral und radial nach innen weisende Stifte 42 erstrecken, die in die Führungsnuten 22 am Kugelabschnitt 24 der Hauptwelle 21 eingreifen. Zur Montage der Stifte 42 kann die Taumelscheibe 14 zwei diametral radial verlaufende Durchtrittbohrungen 43 aufweisen, sodass die Stifte 42 von der Außenseite der Taumelscheibe 14 durch die Durchtrittbohrung 43 eingeführt werden können, bis sie an der Innenseite der Taumelscheibe 14 austreten und in der gewünschten Länge radial nach innen vorstehen. Alternativ können in nicht dargestellten Ausführungsformen die Stifte 42 in zwei diametral radial von der Innenseite aus verlaufende Sackbohrungen an der Taumelscheibe 14 befestigt werden, oder die Stifte 42 können an der Innenseite stoffschlüssig mit der Taumelscheibe 14 verbunden sein, z. B. einstückig gefertigt sein.The
Die auf diese Weise kugelgelagerte Taumelscheibe 14 kann aus einer neutralen Position, in der die Taumelscheibe 14 in einer Ebene senkrecht zur Längs- bzw. Rotationsachse 10 liegt, um zwei senkrecht zur Rotationsachse 10 stehende Raumachsen (A, B, vgl.
Das Verkippen bzw. Verdrehen der Taumelscheibe 14 um eine oder beide Drehachsen A, B relativ zur Längsachse 10 des Schaftes 2 bewirkt über die Lenkdrähte 12, dass distalseitig die Instrumentenspitze 6 in entsprechender Weise relativ zur Längsachse 10 des Schaftes 2 verschwenkt wird. Durch die Übertragung einer Rotationsbewegung der Hauptwelle 21 um die Längsachse 10 des Schaftes 2 auf die Taumelscheibe 14 kann die distalseitig mit der Hauptwelle 21 gekoppelte Werkzeugspitze 6 um die Längsachse 10 des Schaftes 2 rotiert werden.The tilting or twisting of the
In
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Medizinisches Instrumentmedical instrument
- 22
- Schaftshaft
- 3, 53, 5
- Proximales, distales Ende (Schaft)Proximal, distal end (shaft)
- 44
- Betätigungseinheitoperating unit
- 6, 76, 7
- Werkzeugspitze, Werkzeugtool tip, tool
- 88th
- Betätigungselementactuator
- 99
- Gelenkmechanismusjoint mechanism
- 1010
- Längsachselongitudinal axis
- 1111
- Schwenkgliedswivel link
- 1212
- Lenkdrahtsteering wire
- 1313
- Antriebdrive
- 1414
- Taumelscheibeswashplate
- 18, 1918, 19
- Zahnrad (angetrieben)gear (driven)
- 2121
- Hauptwellemain shaft
- 2222
- Führungsnutguide groove
- 2323
- Durchgangsbohrungthrough hole
- 2424
- Kugelabschnittball section
- 27, 2927, 29
- Lagerstiftbearing pin
- 2828
- Kreuzgelenkscheibeuniversal joint washer
- 30, 3130, 31
- drittes, viertes Zahnradthird, fourth gear
- 32, 3432, 34
- Lagerringbearing ring
- 33, 330, 33133, 330, 331
- Lenkring, Aufnahmeöffnung, LagerstutzenSteering ring, receiving opening, bearing support
- 33.1, 33.233.1, 33.2
- erste Innenumfangsfläche, zweite Innenumfangsflächefirst inner peripheral surface, second inner peripheral surface
- 33.3, 33.433.3, 33.4
- Axiale Anschlagsfläche, GewindeAxial stop surface, thread
- 3535
- Gleitlager (-schicht/-buchse)Plain bearing (layer/bush)
- 36, 36.136, 36.1
- Axialsicherungsvorrichtung/Gewindering, GewindeAxial locking device/thread ring, thread
- 4040
- Lagerungsanordnungstorage arrangement
- 41, 41.1, 41.241, 41.1, 41.2
- Durchgangsbohrung, Befestigungsscheibe, MadenschraubeThrough hole, mounting washer, grub screw
- 4242
- StiftPen
- 43, 4443, 44
- Aufnahmebohrung, Aufnahmeausnehmunglocating hole, locating recess
- 45, 45.145, 45.1
- Ringsteg, Außenumfangsfläche TaumelscheibeRing land, outer peripheral surface of swash plate
- 45.2, 45.345.2, 45.3
- axiale Kontaktfläche, Außenumfangsfläche Ringstegaxial contact surface, outer peripheral surface ring land
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 5454827 [0003]US5454827 [0003]
- US 10105128 B2 [0005, 0032]US 10105128 B2 [0005, 0032]
Claims (13)
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-
2022
- 2022-07-21 US US17/869,931 patent/US20230031206A1/en active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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Legal Events
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R079 | Amendment of ipc main class |
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